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摘要：高海拔地区寒冷、干燥，寒暖两季常伴有大风，且年平均降水量远小于蒸发量，如果保湿、保温等措施采取不当，混凝土结构物表面极易失水从而造成风干开裂，混凝土抗冻融循环性能下降、抗渗性变差、护筋性等都会受到影响。如何使混凝土能在高海拔和低温的情况下正常施工，并且能够减小和避免对混凝土的冻害，需要一种科学合理的低温混凝土施工方案确保混凝土工程的顺利进行。本文首先分析了高海拔、低温条件对混凝土性能的影响，然后探讨了高海拔低温条件下混凝土的配制，最后对加强其应用中的质量控制提出了建议。
关键词：高海拔；低温；混凝土；复合外加剂；质量
Abstract: a high altitude cold, dry, cold warm two season, often accompanied by strong winds, and an average annual rainfall is far less than evaporation, take improper if measures such as moisture, heat preservation, water loss thus caused easily dry surface of concrete structure cracking, the concrete freezing-thawing resisting cyclic performance, resistance to permeability variation, the protection of reinforcement, etc will be affected. How can make concrete at high altitude and low temperature under the condition of normal construction, and the ability to reduce and avoid the freeze injury of concrete, needs a scientific and reasonable low temperature concrete concrete construction plan to ensure that project smoothly. At first, this paper analyzes the high altitude and low temperature conditions affect the performance of concrete, and then discusses the high altitude low temperature under the condition of the preparation of concrete, and finally to strengthen the application of quality control are proposed.
Key words: the high elevation; Low temperature; Concrete; Compound admixtures; The quality.
中图分类号：TU377文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
一、高海拔、低温条件对混凝土性能的影响
（一）寒暖交替、冻融循环对混凝土性能的影响
混凝土是一种多孔性材料，其受冻害要具有温度、水、混凝土内部结构孔的空隙状况三个重要条件，三者缺一则不会对混凝土构成危害。混凝土在硬化中和硬化后会形成许多大小不同的孔隙及相互连通的毛细孔通道，而这些孔隙和毛细孔通道里都充满了水，当温度降到负温后，孔道里的水则转变成冰，体积膨胀，从而对混凝土造成冻害。
此外影响混凝土抗冻安全性的主要因素有水灰比、含气量以及胶凝材料用量。在一定水灰比区间内，硬化后混凝土的气泡参数及混凝土内孔隙结构是影响混凝土抗冻性能的关键。这就要求掺入减水剂来减少用水量，掺入占水泥千分之几的用量，可以大幅度降低用水量，有利于混土结构性能的改善，需要综合考虑的问题是含气量和混凝土强度损失之间的关系。
（二）有害离子的腐蚀
高海拔地区河流、湖塘中不同程度的存在有害离子，对混凝土具有侵蚀性，且浸在地表水中的混凝土结构物受到寒暖季节交替的冻融循环作用，极易造成混凝土表皮的剥蚀，导致混凝土结构遭受损害，致使耐久性降低。如硫酸根离子渗入到混凝土中与水化产物反应，生成膨胀性物质，使混凝土遭到破壞。硫酸根离子主要来自于土壤或酸雨及混凝土原料组成中。由于石膏溶解度低,主要是K+、Na+、Mg2+硫酸根侵蚀。此外造成混凝土钢筋锈蚀的主要原因有供氧量不足(低于0.2～0.3mA/m2)、碳化导致混凝土碱度降低(pＨ8.5～9)、氯离子含量过高(CL-/OH-≥0.63)，以上情况出现都会使混凝土钢筋保护膜脱钝并且生锈。
（三）碱-骨料反应
碱-骨料反应是骨料中活性氧化硅矿物与水泥的碱分(K2O、Na2O)起反应，在骨料表面生成一种复杂的碱-硅酸凝胶体。这种凝胶体在吸取周围水分时，体积将会膨胀，使硬化后的混凝土产生胀裂。碱-骨料反应潜伏期较长，破坏性大，因此应当引起重视。
高海拔低温条件下混凝土的配制
（一）水泥
根据我国各部门多年来的研究和实践证明，为了保证低温下混凝土施工的安全性，水泥品种应该采用活性高，水化热大的水泥品种，宜优先选用硅酸盐和普通硅酸盐水泥。低温施工的混凝土一般采用水泥强度不低于32.5级，水泥用量最低不少于300KG/M3。
（二）集料
混凝土骨料分粗骨料和细骨料，粗骨料宜优先选用经过15次冻融后总质量损失小于5%的坚实级配石英岩或花岗石碎石，骨料颗粒级配连续，粒径宜在5mm～40mm范围内，不应有风化的颗粒且含泥量小于1%，并且其他指标均应满足标准GB/T14685-2001要求。
细集料细度模数宜优选大于2.4的中砂，含泥量小于3%且颗粒级配及其他各项指标满足GB/T14684—2001要求。作为大宗材料的集料，多处于露天堆置条件，集料要求提前清洗和储备，作到集料清洁，无冻块或掺有冰雪以避免冰溶化时吸收热量降低混凝土温度。施工所用的集料储备场地选择地势较高，不积水的地方。
（三）外加剂
在混凝土施工过程中当温度低于常温时，混凝土内部产生新复合物的化学反应速度减慢，混凝土强度的增长延缓；当温度低于4℃时，水的体积就会膨胀，如果为了进行水化所需的水结冰，就不能继续与水化合，则混凝土内化学反应所产生的新复合物就大为减少，会造成混凝土强度，耐久性的永久伤害。因此，进行低温条件下混凝土的施工时应该加入适量的外加剂降低混凝土中水的冰点，便于混凝土施工并且可以促进混凝土的硬化减少养护时间和受冻机会。这里详细介绍复合多功能外加剂，其防冻机理如下：
复合型多功能外加剂一般由防冻剂、早强剂、减水剂、引气剂和矿渣微细粉组成。其中:
防冻剂能降低混凝土中液相冰点，使混凝土在一定负温度下有部分不冻水存在，保证混凝土不遭受冻害并在一定时间内获得预期强度。
早强剂促进混凝土早期强度的生成，使其及早达到临界强度以防冻害。
减水剂除了保持混凝土需要的和易性及降低用水量之外，它还有分散作用，使水泥成为细小的、彼此分离的单个粒子，均匀地分布于水中，从而改善混凝土孔隙结构，降低混凝土中可冻水含量，并使冻晶粒度小且分散，以减轻冰的破坏。
引气剂则使混凝土在搅拌过程中带入空气，形成很多封闭型微气孔，以缓解冰的冻胀应力破坏，提高混凝土的防早期冻害性能。
掺入矿渣微粉，利用其二次水化反应，可使混凝土内部更加密实，有利于提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗氯离子渗透性能。同时可以降低混凝土中Ca(OH)2含量，提高混凝土抗盐蚀、抗硫酸盐侵蚀能力。
（四）混凝土配合比
混凝土配合比方法及步骤与常温条件下普通混凝土相同，需要注意的是混凝土中的空隙率和孔结构特征对抵抗冻害起着显著的作用，而水灰比有直接影响混凝土的孔结构，故低温施工的混凝土配合比的水灰比应不大于0.60。混凝土的配制强度等级高出混凝土设计强度一个强度等级且最小水灰比不宜小于0.4。 在混凝土的试配过程中应该考虑混凝土所用水泥与混凝土外加剂的适应性问题，在混凝土试配过程中不得出现假凝，初凝时间过长，凝结异常等现象，宜通过多次的试配以期确定混凝土外加剂的掺量和掺加方法。
负温条件下混凝土施工的质量控制
（一）基本要求
1、负温混凝土施工宜采用综合蓄热法进行。负温混凝土强度在达到抗冻临界强度之前，其内部温度需严格控制，不得低于－15 ℃。
2、结构实体混凝土强度的发展规律。在工程施工中，应留置一定数量的结构实体同条件养护试件进行破型试压，以掌控混凝土实体的实际强度发展规律。
季节性冻土地区: 同条件试件的留置应达到气温转正温28d之后。
多年冻土地区: 同条件试件的留置应至少达到6个月。
3、掺防冻剂混凝土抗冻临界强度要求。按JGJ104—97《建筑工程冬期施工规程》规定，掺防冻剂负温混凝土，当室外环境最低气温≥－15 ℃时，抗冻临界强度值为4.0MPa；当室外环境最低气温介于－15～－30 ℃ 时，抗冻临界强度值为5.0MPa。
（二）混凝土搅拌
混凝土搅拌中，不得将80℃的热水与水泥直接接触进行搅拌，防止造成混凝土流动性降低或水泥速凝与假凝的现象。正确的次序应是:先将粗、细骨料投入搅拌机中与热水搅拌30 s，降低拌合水的温度，提高骨料的温度，然后加入水泥与外加剂搅拌120s 左右。搅拌前，应对搅拌机及运输机具进行预热。混凝土搅拌时间一般为150～180s。
常态混凝土坍落度一般控制在80～100mm即可，泵送混凝土坍落度可控制在160～180 mm，过大的坍落度会造成混凝土离析分层、泌水等现象，不利于混凝土的抗冻，并造成硬化混凝土抗渗性能下降。混凝土坍落度应经常进行测试并记录。
（三）混凝土浇筑
混凝土浇筑前，模板与钢筋上的积雪或积水应进行清理，不得在有积雪的情况下浇筑。浇筑过程中，若遇有雨雪天气，应及时采用塑料布覆盖。
－15 ℃以上的氣温条件下，应控制混凝土的入模温度不低于6 ～ 8 ℃；低于－15 ℃条件下，混凝土的入模温度应适当提高至10℃左右。监测混凝土的入模温度，特别是晚间浇筑混凝土时，更应严格监测。
混凝土的振捣应均匀，振捣棒不得长期停留在某一点。同时，混凝土的振捣不得过振或欠振、漏振。振捣搓平完毕的混凝土应马上顶浆覆盖，充分利用混凝土的早期蓄热与水化热，不得长时间暴露于大气环境中，导致混凝土早期热量迅速散失。施工单位应合理安排施工流程及培训后台操作人员。
需测温的混凝土部位，应同时留置测温孔或埋设热电偶测温导线。
（四）混凝土的养护控制
对混凝土进行养护是高海拔地区冬期施工中极为关键的环节之一，施工部门要在混凝土浇筑前，首先根据混凝土的作业量，备足保温防风材料。确保保温材料不受潮，否则会失去保温的效果，施工单位应注意在贮存与施工过程中的保管；对于混凝土结构的迎风面、棱角突出部位、不易蓄热等部位，要加强保温措施及温度的监测；为防止混凝土水化水的散失,应在混凝土浇筑完毕后及时用防风材料进行围护。此外要注意在冬期施工中,任何时候都不得在混凝土表面浇水养护。
结语
高海拔多冻土地区施工混凝土工程，只有根据影响混凝土的耐久性因素，采取有效措施加强管理，才能保证混凝土的低温早强耐久性，从而满足高寒地区工程设计的要求。
参考文献
[1]王新.抗冻混凝土的配制及应用[J].山西建筑，2011.5.
[2]JGJ 104—2010，建筑工程冬期施工规程[S].中国建筑工业出版社，2010.
[3]崔金梅.低温早强耐久性混凝土在高原多年冻土区建设中的应用[J].青海科技，2007.6.
关键词：高海拔；低温；混凝土；复合外加剂；质量
Abstract: a high altitude cold, dry, cold warm two season, often accompanied by strong winds, and an average annual rainfall is far less than evaporation, take improper if measures such as moisture, heat preservation, water loss thus caused easily dry surface of concrete structure cracking, the concrete freezing-thawing resisting cyclic performance, resistance to permeability variation, the protection of reinforcement, etc will be affected. How can make concrete at high altitude and low temperature under the condition of normal construction, and the ability to reduce and avoid the freeze injury of concrete, needs a scientific and reasonable low temperature concrete concrete construction plan to ensure that project smoothly. At first, this paper analyzes the high altitude and low temperature conditions affect the performance of concrete, and then discusses the high altitude low temperature under the condition of the preparation of concrete, and finally to strengthen the application of quality control are proposed.
Key words: the high elevation; Low temperature; Concrete; Compound admixtures; The quality.
中图分类号：TU377文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
一、高海拔、低温条件对混凝土性能的影响
（一）寒暖交替、冻融循环对混凝土性能的影响
混凝土是一种多孔性材料，其受冻害要具有温度、水、混凝土内部结构孔的空隙状况三个重要条件，三者缺一则不会对混凝土构成危害。混凝土在硬化中和硬化后会形成许多大小不同的孔隙及相互连通的毛细孔通道，而这些孔隙和毛细孔通道里都充满了水，当温度降到负温后，孔道里的水则转变成冰，体积膨胀，从而对混凝土造成冻害。
此外影响混凝土抗冻安全性的主要因素有水灰比、含气量以及胶凝材料用量。在一定水灰比区间内，硬化后混凝土的气泡参数及混凝土内孔隙结构是影响混凝土抗冻性能的关键。这就要求掺入减水剂来减少用水量，掺入占水泥千分之几的用量，可以大幅度降低用水量，有利于混土结构性能的改善，需要综合考虑的问题是含气量和混凝土强度损失之间的关系。
（二）有害离子的腐蚀
高海拔地区河流、湖塘中不同程度的存在有害离子，对混凝土具有侵蚀性，且浸在地表水中的混凝土结构物受到寒暖季节交替的冻融循环作用，极易造成混凝土表皮的剥蚀，导致混凝土结构遭受损害，致使耐久性降低。如硫酸根离子渗入到混凝土中与水化产物反应，生成膨胀性物质，使混凝土遭到破壞。硫酸根离子主要来自于土壤或酸雨及混凝土原料组成中。由于石膏溶解度低,主要是K+、Na+、Mg2+硫酸根侵蚀。此外造成混凝土钢筋锈蚀的主要原因有供氧量不足(低于0.2～0.3mA/m2)、碳化导致混凝土碱度降低(pＨ8.5～9)、氯离子含量过高(CL-/OH-≥0.63)，以上情况出现都会使混凝土钢筋保护膜脱钝并且生锈。
（三）碱-骨料反应
碱-骨料反应是骨料中活性氧化硅矿物与水泥的碱分(K2O、Na2O)起反应，在骨料表面生成一种复杂的碱-硅酸凝胶体。这种凝胶体在吸取周围水分时，体积将会膨胀，使硬化后的混凝土产生胀裂。碱-骨料反应潜伏期较长，破坏性大，因此应当引起重视。
高海拔低温条件下混凝土的配制
（一）水泥
根据我国各部门多年来的研究和实践证明，为了保证低温下混凝土施工的安全性，水泥品种应该采用活性高，水化热大的水泥品种，宜优先选用硅酸盐和普通硅酸盐水泥。低温施工的混凝土一般采用水泥强度不低于32.5级，水泥用量最低不少于300KG/M3。
（二）集料
混凝土骨料分粗骨料和细骨料，粗骨料宜优先选用经过15次冻融后总质量损失小于5%的坚实级配石英岩或花岗石碎石，骨料颗粒级配连续，粒径宜在5mm～40mm范围内，不应有风化的颗粒且含泥量小于1%，并且其他指标均应满足标准GB/T14685-2001要求。
细集料细度模数宜优选大于2.4的中砂，含泥量小于3%且颗粒级配及其他各项指标满足GB/T14684—2001要求。作为大宗材料的集料，多处于露天堆置条件，集料要求提前清洗和储备，作到集料清洁，无冻块或掺有冰雪以避免冰溶化时吸收热量降低混凝土温度。施工所用的集料储备场地选择地势较高，不积水的地方。
（三）外加剂
在混凝土施工过程中当温度低于常温时，混凝土内部产生新复合物的化学反应速度减慢，混凝土强度的增长延缓；当温度低于4℃时，水的体积就会膨胀，如果为了进行水化所需的水结冰，就不能继续与水化合，则混凝土内化学反应所产生的新复合物就大为减少，会造成混凝土强度，耐久性的永久伤害。因此，进行低温条件下混凝土的施工时应该加入适量的外加剂降低混凝土中水的冰点，便于混凝土施工并且可以促进混凝土的硬化减少养护时间和受冻机会。这里详细介绍复合多功能外加剂，其防冻机理如下：
复合型多功能外加剂一般由防冻剂、早强剂、减水剂、引气剂和矿渣微细粉组成。其中:
防冻剂能降低混凝土中液相冰点，使混凝土在一定负温度下有部分不冻水存在，保证混凝土不遭受冻害并在一定时间内获得预期强度。
早强剂促进混凝土早期强度的生成，使其及早达到临界强度以防冻害。
减水剂除了保持混凝土需要的和易性及降低用水量之外，它还有分散作用，使水泥成为细小的、彼此分离的单个粒子，均匀地分布于水中，从而改善混凝土孔隙结构，降低混凝土中可冻水含量，并使冻晶粒度小且分散，以减轻冰的破坏。
引气剂则使混凝土在搅拌过程中带入空气，形成很多封闭型微气孔，以缓解冰的冻胀应力破坏，提高混凝土的防早期冻害性能。
掺入矿渣微粉，利用其二次水化反应，可使混凝土内部更加密实，有利于提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗氯离子渗透性能。同时可以降低混凝土中Ca(OH)2含量，提高混凝土抗盐蚀、抗硫酸盐侵蚀能力。
（四）混凝土配合比
混凝土配合比方法及步骤与常温条件下普通混凝土相同，需要注意的是混凝土中的空隙率和孔结构特征对抵抗冻害起着显著的作用，而水灰比有直接影响混凝土的孔结构，故低温施工的混凝土配合比的水灰比应不大于0.60。混凝土的配制强度等级高出混凝土设计强度一个强度等级且最小水灰比不宜小于0.4。 在混凝土的试配过程中应该考虑混凝土所用水泥与混凝土外加剂的适应性问题，在混凝土试配过程中不得出现假凝，初凝时间过长，凝结异常等现象，宜通过多次的试配以期确定混凝土外加剂的掺量和掺加方法。
负温条件下混凝土施工的质量控制
（一）基本要求
1、负温混凝土施工宜采用综合蓄热法进行。负温混凝土强度在达到抗冻临界强度之前，其内部温度需严格控制，不得低于－15 ℃。
2、结构实体混凝土强度的发展规律。在工程施工中，应留置一定数量的结构实体同条件养护试件进行破型试压，以掌控混凝土实体的实际强度发展规律。
季节性冻土地区: 同条件试件的留置应达到气温转正温28d之后。
多年冻土地区: 同条件试件的留置应至少达到6个月。
3、掺防冻剂混凝土抗冻临界强度要求。按JGJ104—97《建筑工程冬期施工规程》规定，掺防冻剂负温混凝土，当室外环境最低气温≥－15 ℃时，抗冻临界强度值为4.0MPa；当室外环境最低气温介于－15～－30 ℃ 时，抗冻临界强度值为5.0MPa。
（二）混凝土搅拌
混凝土搅拌中，不得将80℃的热水与水泥直接接触进行搅拌，防止造成混凝土流动性降低或水泥速凝与假凝的现象。正确的次序应是:先将粗、细骨料投入搅拌机中与热水搅拌30 s，降低拌合水的温度，提高骨料的温度，然后加入水泥与外加剂搅拌120s 左右。搅拌前，应对搅拌机及运输机具进行预热。混凝土搅拌时间一般为150～180s。
常态混凝土坍落度一般控制在80～100mm即可，泵送混凝土坍落度可控制在160～180 mm，过大的坍落度会造成混凝土离析分层、泌水等现象，不利于混凝土的抗冻，并造成硬化混凝土抗渗性能下降。混凝土坍落度应经常进行测试并记录。
（三）混凝土浇筑
混凝土浇筑前，模板与钢筋上的积雪或积水应进行清理，不得在有积雪的情况下浇筑。浇筑过程中，若遇有雨雪天气，应及时采用塑料布覆盖。
－15 ℃以上的氣温条件下，应控制混凝土的入模温度不低于6 ～ 8 ℃；低于－15 ℃条件下，混凝土的入模温度应适当提高至10℃左右。监测混凝土的入模温度，特别是晚间浇筑混凝土时，更应严格监测。
混凝土的振捣应均匀，振捣棒不得长期停留在某一点。同时，混凝土的振捣不得过振或欠振、漏振。振捣搓平完毕的混凝土应马上顶浆覆盖，充分利用混凝土的早期蓄热与水化热，不得长时间暴露于大气环境中，导致混凝土早期热量迅速散失。施工单位应合理安排施工流程及培训后台操作人员。
需测温的混凝土部位，应同时留置测温孔或埋设热电偶测温导线。
（四）混凝土的养护控制
对混凝土进行养护是高海拔地区冬期施工中极为关键的环节之一，施工部门要在混凝土浇筑前，首先根据混凝土的作业量，备足保温防风材料。确保保温材料不受潮，否则会失去保温的效果，施工单位应注意在贮存与施工过程中的保管；对于混凝土结构的迎风面、棱角突出部位、不易蓄热等部位，要加强保温措施及温度的监测；为防止混凝土水化水的散失,应在混凝土浇筑完毕后及时用防风材料进行围护。此外要注意在冬期施工中,任何时候都不得在混凝土表面浇水养护。
结语
高海拔多冻土地区施工混凝土工程，只有根据影响混凝土的耐久性因素，采取有效措施加强管理，才能保证混凝土的低温早强耐久性，从而满足高寒地区工程设计的要求。
参考文献
[1]王新.抗冻混凝土的配制及应用[J].山西建筑，2011.5.
[2]JGJ 104—2010，建筑工程冬期施工规程[S].中国建筑工业出版社，2010.
[3]崔金梅.低温早强耐久性混凝土在高原多年冻土区建设中的应用[J].青海科技，2007.6.